如(ru)何(he)正確安(an)裝掃(sao)描(miao)探針(zhen)顯微(wei)鏡(jing)的部件

　　掃(sao)描(miao)探針(zhen)顯微(wei)鏡(jing)是(shi)壹(yi)種(zhong)高分辨(bian)率表(biao)面(mian)表(biao)征工具(ju)，其(qi)核心(xin)功能依(yi)賴於(yu)精(jing)密的(de)機械(xie)結(jie)構、光(guang)學(xue)系(xi)統和電(dian)子(zi)控(kong)制(zhi)系(xi)統。為(wei)確保儀器(qi)性(xing)能，各(ge)部件的(de)安(an)裝需(xu)嚴(yan)格(ge)遵(zun)循規(gui)範(fan)流(liu)程。以(yi)下從(cong)主要部件的(de)安(an)裝順(shun)序、調(tiao)整方法(fa)及(ji)註(zhu)意事項(xiang)展開(kai)詳細(xi)說明。

　　壹(yi)、基礎框(kuang)架與(yu)隔(ge)振(zhen)系(xi)統安(an)裝

　　1. 底座與(yu)隔(ge)振(zhen)平臺(tai)

　　SPM對(dui)振(zhen)動極(ji)其(qi)敏(min)感，需(xu)安(an)裝在(zai)隔(ge)振(zhen)性能優(you)異(yi)的平(ping)臺(tai)上。通(tong)常采用空(kong)氣彈(dan)簧隔(ge)振(zhen)桌或(huo)海綿(mian)橡膠(jiao)減震(zhen)墊(dian)，確保環(huan)境(jing)振(zhen)動噪(zao)聲低(di)於1 μm級。安(an)裝時(shi)需(xu)水(shui)平(ping)校(xiao)準，使用水平(ping)儀調(tiao)整至(zhi)氣泡(pao)居(ju)中，誤(wu)差不(bu)超(chao)過(guo)0.1°。

　　2. 屏蔽罩(zhao)與(yu)防震外(wai)殼

　　為減少(shao)空(kong)氣流(liu)動和電(dian)磁幹(gan)擾(rao)，需(xu)在(zai)隔(ge)振(zhen)平臺(tai)上加裝(zhuang)金(jin)屬屏蔽罩(zhao)。罩(zhao)體(ti)應(ying)與(yu)底座絕緣，並預留(liu)通(tong)風(feng)口(kou)以(yi)避(bi)免溫漂效(xiao)應(ying)。部分機型(xing)配(pei)備(bei)主動隔(ge)振(zhen)系(xi)統(如(ru)慣性(xing)質(zhi)量(liang)塊(kuai))，需(xu)按(an)說(shuo)明書連(lian)接氣(qi)壓(ya)或(huo)液壓管路。

　　二(er)、樣(yang)品(pin)臺(tai)與定位(wei)系(xi)統

　　1. 樣(yang)品(pin)臺(tai)機械(xie)安(an)裝

　　樣(yang)品(pin)臺(tai)通(tong)常由三(san)維(wei)納米定位(wei)臺(tai)(如壓(ya)電陶瓷(ci)掃(sao)描(miao)器(qi)或(huo)柔(rou)性(xing)鉸鏈機構(gou))構(gou)成(cheng)。安(an)裝時(shi)需(xu)確保其(qi)運(yun)動軸(zhou)與探針(zhen)掃(sao)描(miao)方向(xiang)嚴(yan)格(ge)正交(jiao)：

　　- X/Y軸(zhou)校(xiao)準：使用激光(guang)幹(gan)涉儀或光(guang)學(xue)顯(xian)微鏡(jing)檢(jian)查(zha)掃(sao)描(miao)臺(tai)平面(mian)度，調(tiao)整至(zhi)傾斜(xie)角(jiao)小(xiao)於0.05°。

　　- Z軸(zhou)粗(cu)調(tiao)：通(tong)過(guo)螺(luo)旋升(sheng)降(jiang)或壓(ya)電驅(qu)動器(qi)將樣(yang)品(pin)臺(tai)升至(zhi)探針(zhen)懸臂下方約(yue)1 mm處(chu)，留(liu)出(chu)後(hou)續(xu)逼(bi)近(jin)空(kong)間。

　　2. 樣(yang)品(pin)固(gu)定

　　采用雙面(mian)膠、真空(kong)吸(xi)附(fu)或(huo)磁性(xing)基座固(gu)定樣(yang)品(pin)，需(xu)確保樣(yang)品(pin)表(biao)面(mian)與掃(sao)描(miao)臺(tai)平行(xing)。對(dui)於(yu)導(dao)電(dian)樣(yang)品(pin)，需(xu)通(tong)過(guo)銅箔(bo)或銀(yin)膠(jiao)建立電接(jie)觸(chu)，避(bi)免電荷(he)積累(lei)影響(xiang)成(cheng)像。

　　三(san)、探(tan)針(zhen)與懸臂系(xi)統安(an)裝

　　1. 探(tan)針(zhen)架裝(zhuang)配(pei)

　　探(tan)針(zhen)架(Holder)通(tong)常包含可(ke)調(tiao)俯仰(yang)角(jiao)的(de)基座和固(gu)聯懸臂的卡(ka)槽。安(an)裝步(bu)驟如下(xia)：

　　- 懸臂固定：使用真空(kong)吸(xi)附(fu)或(huo)靜(jing)電夾(jia)持方式固(gu)定探針(zhen)，避(bi)免機械(xie)壓(ya)力導致懸臂形變(bian)。

　　- 角(jiao)度調(tiao)整：通(tong)過(guo)旋(xuan)轉(zhuan)基座或(huo)微(wei)調(tiao)螺(luo)絲(si)，使懸臂長(chang)軸(zhou)與樣(yang)品(pin)臺(tai)X軸(zhou)平行，偏(pian)差需(xu)控(kong)制(zhi)在(zai)±0.5°內。

　　2. 探針(zhen)-樣(yang)品(pin)間(jian)距設置(zhi)

　　利用光(guang)學(xue)顯(xian)微鏡(jing)觀察(cha)懸臂與樣(yang)品(pin)間(jian)隙，初步逼(bi)近(jin)至(zhi)10-50 μm範(fan)圍。隨(sui)後(hou)切換(huan)至(zhi)幹涉儀模式，通(tong)過(guo)激光(guang)反(fan)射(she)信號監(jian)控(kong)懸臂撓度，逐步縮小(xiao)間(jian)隙至(zhi)亞納米級。

　　四、光(guang)學(xue)檢(jian)測系(xi)統調(tiao)試

　　1. 激光(guang)對(dui)準與反(fan)射(she)接收

　　- 入射(she)光(guang)路：半(ban)導體激光(guang)器(qi)(典(dian)型(xing)波長(chang)635-670 nm)需(xu)通(tong)過(guo)光(guang)纖(xian)耦(ou)合至(zhi)分光(guang)鏡(jing)，調(tiao)整至(zhi)垂(chui)直照(zhao)射(she)懸臂背面(mian)，光(guang)斑(ban)直(zhi)徑(jing)約(yue)50 μm。

　　- 反(fan)射(she)接收：四象(xiang)限(xian)光(guang)電(dian)探(tan)測器(qi)(QPD)需(xu)與(yu)懸臂反射(she)光(guang)共(gong)軸(zhou)，通(tong)過(guo)調(tiao)節透(tou)鏡(jing)焦(jiao)距(ju)使光(guang)斑(ban)聚(ju)焦(jiao)於(yu)探測器(qi)中(zhong)心(xin)區(qu)域。

　　2. 光(guang)杠(gang)桿(gan)靈(ling)敏(min)度優化

　　調(tiao)整懸臂反射(she)區(qu)域的(de)鍍(du)金塗(tu)層(通(tong)常為Al或Au)，使(shi)激光(guang)反(fan)射(she)率>70%。通(tong)過(guo)微(wei)調(tiao)探測器(qi)增(zeng)益(yi)，確保懸臂微小(xiao)位(wei)移(<1 nm)能產(chan)生可(ke)分(fen)辨(bian)的(de)電(dian)壓信號。

　　五、電子(zi)控(kong)制(zhi)系(xi)統與(yu)數據采(cai)集

　　1. 信號鏈路連(lian)接

　　- 前(qian)置(zhi)放大(da)：QPD輸(shu)出(chu)信號需(xu)接(jie)入低(di)噪聲電(dian)流(liu)放大(da)器(qi)(增(zeng)益(yi)10^4-10^5 V/A)，濾(lv)波截(jie)止頻率設(she)為(wei)10 kHz以(yi)抑制(zhi)高(gao)頻(pin)噪(zao)聲(sheng)。

　　- 反(fan)饋(kui)回(hui)路：Z軸(zhou)壓電陶瓷(ci)的(de)驅動(dong)信號由比(bi)例(li)-積(ji)分-微(wei)分(PID)控(kong)制(zhi)器(qi)生成(cheng)，需(xu)根(gen)據(ju)懸臂共振(zhen)頻率(通(tong)常為10-500 kHz)調(tiao)整反(fan)饋(kui)帶寬(kuan)。

　　2. 模數轉換(huan)與(yu)軟件同步

　　數據采(cai)集卡(≥16位(wei)分辨(bian)率)需(xu)與(yu)掃(sao)描(miao)觸發信號同步，采樣(yang)率至(zhi)少為共振(zhen)頻率的(de)5倍。軟件(jian)端(duan)需(xu)校(xiao)準零點漂移，並設置(zhi)掃(sao)描(miao)區(qu)域(如(ru)50×50 μm²)和像(xiang)素(su)駐留(liu)時(shi)間(1-100 ms/pixel)。

　　六、關鍵參數校(xiao)準與驗(yan)證(zheng)

　　1. 噪聲(sheng)測試

　　關閉反(fan)饋(kui)回(hui)路，采(cai)集懸臂熱噪聲(sheng)信號(典(dian)型(xing)值<10 pA/√Hz)，若超(chao)標需(xu)檢(jian)查(zha)隔(ge)振(zhen)系(xi)統或(huo)電氣(qi)屏蔽。

　　2. 成(cheng)像模式驗(yan)證(zheng)

　　- 接觸(chu)模式：調(tiao)整探(tan)針(zhen)-樣(yang)品(pin)作(zuo)用力至(zhi)1-10 nN，觀測原子級分(fen)辨(bian)率圖(tu)像(xiang)。

　　- 輕(qing)敲(qiao)模式：驅(qu)動(dong)懸臂振(zhen)蕩幅(fu)度>20 nm，Q因(yin)子>100，避(bi)免粘滑(hua)效(xiao)應(ying)。

　　3. 非(fei)線(xian)性(xing)校(xiao)正

　　使(shi)用石(shi)墨烯或(huo)光(guang)柵標(biao)樣(yang)進(jin)行(xing)壓(ya)電(dian)滯(zhi)後(hou)校(xiao)準，通(tong)過(guo)多(duo)項(xiang)式擬(ni)合(he)修(xiu)正X/Y軸(zhou)掃(sao)描(miao)非(fei)線(xian)性(xing)誤(wu)差(典(dian)型(xing)目標(biao)<0.1%)。